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11.11.12 Les robots mous : quadrupèdes, vers, blobs

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La recherche en structures robotiques molles a pris de l’ampleur ces dernières années tant les applications sont nombreuses et les espoirs qu’elle nourrit sont grands. Retour sur quelques travaux de recherche menés actuellement dans le monde.

Qu’est ce qu’un robot mou ?

Les robots mous présentent un avantage non négligeable par rapport à leurs grands frères, les robots rigides : leur flexibilité. En effet cette caractéristique leur confère un faible encombrement et une capacité à se faufiler dans des endroits très étroits.

Souvent inspirés par le monde animal, ces robots mous imitent les facultés de déplacement des calmars ou étoiles de mer, le camouflage des céphalopodes ou encore le mode de locomotion rotative des chenilles.

C’est le cas des robots mous du laboratoire George M. Whitesides à Harvard. Faits à partir d’un élastomère superposé en différentes couches, ces robots se gonflent et dégonflent par un mécanisme de canaux à air comprimé montant jusqu’à une pression de 7 bar. La structure se rigidifie séquentiellement et avance de cette façon.

En plus d’avancer, ce robot mou peut se glisser dans les moindres recoins, se mouvoir sur des graviers, de la terre ou dans la boue à une vitesse de 40 m/h. L’équipe a, depuis, réussi à faire avancer un robot mou grâce à une réaction chimique explosive.

Stephen Morin du laboratoire a également essayé de reproduire la faculté de camouflage des céphalopodes dans ces robots mous. En injectant des liquides colorés ou fluorescents dans des petits canaux de moins d’1mm de diamètre placés sur le dos des robots, ces derniers changent de couleur rapidement. En combinant ces liquides à différentes températures, ils peuvent même devenir invisibles pour les détecteurs infrarouges ou de chaleur.

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Leur camouflage est loin d’être parfait, mais quand on sait que ces robots ne sont faits d’aucune pièce mécanique (excepté leur moteur) et qu’ils ne coûtent que 100 $ à la fabrication, on comprend pourquoi la DARPA s’intéresse de très près à ce projet et voit déjà des futures applications militaires. Ce projet fait partie du programme Maximum Mobility and Manipulation (M3) de l’agence américaine.

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Les robots mous du côté des Etats-Unis…

Dans un laboratoire du MIT et en collaboration avec l’université de Séoul, Sangbae Kim fait également des recherches sur les systèmes robotiques mous. Il a utilisé des matériaux déformables intelligents qui retrouvent leur forme initiale, pour créer le Meshworm, espèce de robot ver de terre qui se contracte et s’étire pour avancer.

Blog Humanoides Fr Meshworm robot mou MIT

Ce robot autonome se déplace doucement par des mouvements péristaltiques, c’est-à-dire, en permettant la progression de ses différentes parties à l’intérieur d’un tube creux. Ce robot est très résistant : même quand on marche dessus ou qu’on le frappe avec un marteau, le robot est capable de retrouver sa forme initiale.

…et de l’Italie

En Italie, des chercheurs de l’Institut de Technologie en collaboration avec des chercheurs du Kings College de Londres, Isuru S. Godage, Thrishantha Nanayakkara et Darwin G. Caldwell, ont également imaginé un robot quadrupède mou, qui se déplace à l’aide de tentacules dans lesquelles il font circuler de l’air comprimé canalisé. Ils appellent ça les continuum limbs, des membres continuum. Le passage de l’air déforme les trois canaux, ce qui entraîne une modification de la forme des tentacules et les fait bouger.

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En ajustant le flux d’air injecté dans ces trois canaux le robot peut se déplacer sur différents types de surface et à différentes vitesses.

L’avantage de ces robots en matériaux flexibles silicones et remplis d’air uniquement, est qu’ils sont incassables et qu’ils absorbent très bien les chocs.

Retour aux Etats-Unis dans le Massachussetts, à l’Université de Tufts où des chercheurs sont en train de reproduire sur des structures molles le moyen de locomotion des chenilles.

En partant du constat que la vitesse de déplacement des robots mous est encore limitée, ils se sont intéressés au comportement de fuite des chenilles. En effet, les chenilles ont la faculté de se replier en boule très rapidement, et de rouler pour échapper à leurs prédateurs. Ce processus dynamique de repli appelé roulement balistique, est l’un des comportements animaliers les plus rapides qui existe sur Terre.

Blog Humanoides Fr robot mou GoQBot Tufts

Les chercheurs ont donc fabriqué GoQBot, un robot mou fait en silicone et mesurant 10 cm de long, capable d’imiter le roulement de la chenille. A l’aide des cinq capteurs infrarouge placés sur les côtés du robot et d’un plateau sur lequel il roule, les chercheurs peuvent suivre les déplacements du système en 3D et mesurer les forces engendrées au sol.

GoQBot arrive à s’enrouler en moins de 100 ms et à produire une accélération de plus d’1 G à une vitesse de rotation de plus de 200 tr/min. Ce qui a permis aux chercheurs d’expliquer pourquoi la chenille n’utilise pas systématiquement ce mode de déplacement. En effet, celui-ci demande beaucoup d’énergie à l’animal, ne peut s’effectuer que sur des sols non rigides, et la trajectoire est imprévisible.

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GoQBot ouvre également des perspectives sur les moyens de locomotion des robots. Comme décrit un peu plus haut, les mouvements des robots mous sont généralement calqués sur les serpents ou les calamars, ce qui réduit fortement leur vitesse de déplacement. En revanche, le roulement d’une structure à corps mou permettrait d’augmenter la vitesse tout en garantissant une accessibilité maximale même dans les endroits les plus inaccessibles.

Ce travail est effectué par les équipes du Dr Barry Timmer du laboratoire de neuromécanique et biomimétique (BDL), en collaboration avec les chercheurs du département de génie mécanique de Tufts. Ils viennent tout juste de recevoir le soutien financier de la National Science Foundation (NSF) à hauteur de 2,7 M$ qui va leur permettre de poursuivre leurs recherches.

Les retombées de ce projet peuvent être énormes. Selon Chinami Michaels, qui fait partie de l’équipe, « ces robots pourront être utilisés comme médicaments à ingérer car ils n’ont pas besoin d’être reliés ». Et Barry Trimmer de conclure : « actuellement, les robots ne sont pas compatibles avec le monde des hommes ou le vie naturelle. Les robots mécaniques du 21ème siècle n’ont pas été conçus pour une utilisation pratique au quotidien. Pour améliorer le rapport homme-machine, les robots doivent ressembler plus à des animaux qu’à des systèmes mécaniques mobiles. »

Les blobs, frères des robots mous

Loin de ressembler à des animaux, il y a les robots blobs, ces espèces d’amas de pâte silicone qui gonfle et dégonfle à certains endroits pour se déplacer. Connu sous le nom de Chembot, le robot blob est fragmenté en plusieurs compartiments cellulaires. Chaque cellule peut être compressée (technique du jamming) contre ses voisines ou laissée sous forme détendue. Le but étant de permettre à ces blobs de se faufiler dans des trous plus étroits que leur propre taille.

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Ce projet de Chembot est réalisé par iRobot en partenariat avec l’Université de Chicago. La DARPA n’est pas bien loin puisqu’elle a financé ces travaux à hauteur de 3,3 M$ en 2008.

Blog Humanoides Fr Blob Robot iRobot DARPA Jambot

Voici en résumé les caractéristiques communes des robots mous :

  • flexibles
  • bon marché
  • de faible encombrement (quand ils sont décontractés)
  • absorbent les chocs
  • incassables

Applications

  • exploration sous-marine
  • détection de mine
  • exploration de planètes
  • secours de personnes
  • surveillance de bâtiment
  • inspection de sites dangereux
  • médecine

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